thiết kế hệ thống băng tải cát

Đồ án Thiết kế Hệ thống Truyền động Cơ khí là môn học nhằm giúp cho sinh viên, những chủ nhân tương lai của đất nước, có những kiến thức cơ bản trong việc nắm bắt các giải pháp thiết kế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

T hực tiễn nền sản xuất công nghiệp nước ta chủ yếu là vừa và nhỏ, thiết kế

chưa đóng vai trò quan trọng, nhưng với xu thế phát triển hiện nay

của nền kinh tế khu vực và trên thế giới, ngày càng đòi hỏi sự hội nhập giao lưu hợp tác giữa các nước Vai trò của thiết kế đã tìm được chỗ đứng quan trọng

trong nền sản xuất công nghiệp hoá hiện đại hoá

Đồ án Thiết kế Hệ thống Truyền động Cơ khí là môn học nhằm giúp cho sinh viên, những chủ nhân tương lai của đất nước, có những kiến thức cơ bản

trong việc nắm bắt các giải pháp thiết kế tối ưu nhất

Đồ án “Thiết kế hệ thống băng tải cát” nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những gì mình học và phát huy khả năng làm việc theo nhóm

Trong quá trình hoàn thành bài tập, chúng em đã được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Thanh Nam Nhóm chúng em đã cố gắng hết mình nhưng cũng không tránh được những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo thêm của Thầy

Chúng em xin chân thành cám ơn !

Nhóm thực hiện

Nguyễn Duy QuangKống hiện phú

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2005

PHẦN I: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG I : PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Mơ tả nhĩm thiết kế :

• Kống Hiện Phú : Người kết thúc cơng việc

• Nguyễn Duy Quang : Người khám phá

2 Phát biểu bài tốn thiết :

• Đối tượng : Thiết kế hệ thống băng tải cát sử dụng trong vận

chuyển hàng cát ở những khoảng cách xa Hệ thống cĩ thể làm việc trong điều kiện độc hại đối với con người…

c Đối với người giới thiệu sản phẩm (marketing), muốn hệ thống phải thoả mãn yêu cầu người sủ dụng, đáp ứng được yêu cầu của các doanh nghiệp…

CHƯƠNG II: LẬP KẾ HOẠCH THƯC HIỆN

1 Nhiệm vụ 1 : Phân tích nhiệm vụ, lập kế hoạch thực hiện, xác định các

yêu cầu kỹ thuật

a Cơng việc hiểu rõ nhiệm vụ, lập kế hoạch thực hiện và đưa ra các yêu cầu kỹ thuật

b Nhân lực: nhĩm

c Thời gian: tuần 1.

2 Nhiêm vụ 2 : Tham khảo thiết kế liên quan, đưa ra phương án thiết kế

a Công việc : Tìm tài kiệu từ Internet, sách vở và các tài liệu liên quan đến băng tải cát Từ đó đưa ra các ý tưởng mới

b Nhân lực : nhóm

c Thời gian : tuần 2

3 Nhiệm vụ 3: Phân tích lựa chọn phương pháp thiết kế

a Công việc : Xem xét ưu nhược điểm của các phương án từ đó chọn ra 2 phương án

b Nhân lực : nhóm

c Thời gian : tuần 3

4 Nhiệm vụ 4 : Tính toán chọn động cơ phân phối tỷ số truyền

a Công việc : Tính tổng lực kéo, công suất làm việc của động

cơ, công suất cần thiết của động cơ, từ đố chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền

b Nhân lực : nhóm

c Thời gian : tuần 4

5 Nhiệm vụ 5 : Tính toán thiết kế chi tiết các bộ truyền

a Công việc : Thiết kế bộ truyền đai, hộp giảm tốc bánh răng, thiết kế trục khớp nối

b Nhân lực : nhóm

c Thời gian : tuần 5 và 6

6 Nhiệm vụ 6 : Thiết kế kết cấu

a Công việc : Vẽ phát kết cấu

b Nhân lực: nhóm

c Thời gian : Tuần 7, 8 và 9.

7 Nhiệm vụ 7 : Vẽ bản vẽ lắp cụm chi tiết, bản vẽ chi tiết, thuyết minh

a Công việc : Hoàn thành bản vẽ và thuyết minh

Tham khảo các thiết kế liên

quan, đưa ra các phương án

thiết kế

Nhóm

Tính toán chọn động cơ

Tính toán thiết kế chi tiết

• Bước 1 : Xác định khách hàng

a Các xí nghiệp sản xuất xi-măng

b Các công trường xây dựng

• Bước 2 : Xác định các yêu cầu của khách hàng

 Kết cấu bền vững, ít rung động ít ồn

 Dễ vận hành

 Dễ bảo trì

 Tuổi thọ cao

 Kết cấu phù hợp không gian nhà xưởng

 Giá thành vừa phải

 Năng suất làm việc cao

• Bước 3 : Xác định tính quan trọng của các mối liên quan

a Phù hợp không gian nhà xưởng, bến cảng

b Vật liệu chịu mài mòn cao, chịu độ ẩm, nhiệt độ cao

c Chạy bằng động cơ điện

d Năng suất làm việc cao

e Giá thành vừa phải

f Tuổi thọ cao

• Bước 4 : Xác định và dánh giá mức độ cạnh tranh

a Thiết kế hoàn toàn thoả mãn nhu cầu:

 Truyền tải được khối lượng hàng hoá

 Phù hợp với không gian nhà xưởng, bến cảng

 Chạy bằng động cơ điện

b Thiết kế hầu như thoả mãn nhu cầu:

 Vận tốc truyền tải V=1,5m/s.

c Thiết kế thoả mãn nhu cầu về mặt nào đó.

 Làm việc trong điều kiện chịu mài mòn, chịu độ ẩm chịu nhiệt độ cao

 Không gây ồn

d Thoả mãn chút ít nhu cầu

 Năng suất

 Tiện lợi

e Thiết kế hoàn toàn không thoả mãn nhu cầu

 Giá thành vừa phải

 Kiểu dáng đẹp

• Bước 5 : Đưa ra các yêu cầu kỹ thuật

a Năng suất băng tải Q(tấn/giờ)

b Chiều dài băng L(m)

c Góc nghiêng băng β(độ)

d Chiều rộng băng tải B(m)

e Đường kính con lăn d(mm)

sửa chữa 3 3 3 3 3 4 3 4 1,3 1 5,3 0,12 Tuổi thọ

cao 3 1 4 4 4 1 1 4 0,8 Giá thành 3 1 1 1 1 1 9 5 4 5 1,3 1,5 0,3 0,2 Đảm bảo an

toàn 9 4 5 5 1 1 5 0,12

Ít ồn 1 3 3 4 3 3 1 1 3 0,06 Kết cấu

băng 9 9 9 9 9 9 5 4 5 1,3 1 6,3 0,13 Dễ vận

hành 1 3 5 4 5 1,3 1 6,3 0,13 Hệ số quan

9: Chặt chẽ

3: Vừa phải

1: Không chặt chẽ

CHƯƠNG IV: ĐƯA RA Ý TƯỞNG CHO BÀI TOÁN

THIẾT KẾ

1 Tham khảo các thiết kế liên quan

• Băng tải vật liệu của công ty Hytrol Conveyor

 Ưu điểm :

 Dễ lắp đặt, thời gian lắp đặt ngắn, tiết kiệm thời gian và công sức

 Băng được làm sạch, nên nâng cao tính thẩm mỹ, tăng tuổi thọ của băng.

 Kiểu băng truyền CRB dùng để vận hành tái chế Bộ phận chính là: dãi băng quay, cấu tạo máng sâu máng sâu để có thêå mang được thủy tinh vỡ, đồ hộp, dăm gỗ… Loại này được sử dụng rộng rãi trong vận hành tái chế.

 Sử dụng động cơ : 3/4 HP standard-3/4

a. Loại custom fabricated converors

 Mô hình :

 Mô tả :

 Băng tải kiểu custom fabricated

converors được thiết kế để mang vật

nặng Băng tải sử dụng con lăn để giảm

ma sát của băng tải và tăng khả năng tải

cho băng Ứng dụng dùng để vận chuyển lắp ráp, kiểm tra, đóng gói…

 Năng suất cao.

 Hệ thống có động cơ đặt ở giữa,sử dụng động cơ 1/2 HP–230/460V–3 Ph.–60 Hz

 Tốc độ băng là 65 FPM

 Khả năng tải lớn nhất của động cơ là 75lbs

 Khả năng tải nhỏ (75lbs)

 Giá thành cao

2 Đưa ra các ý tưởng

• Ý tưởng 1 :

a Mơ hình :

b Mơ tả :

 Hệ thống có con lăn làm tăng góc ôm Hai

bên có thành chắn ngăn không cho cát rơi ra

ngoài

c. Ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản

 Vận chuyển được khối lượng lớn

 Dễ bảo trì sửa chửa

d. Nh ược điểm:

 Không thể thay đổi góc nghiêng của băng.

 Mau mòn băng do ma sát với nhiều con lăn

 Tốn kém phần vật liệu do chạy không tải lớn

 Sử dụng các con lăn đỡ đặt nghiêng

 Hình dạng băng tạo thành máng giúp vận

chuyển tốt

c Ưu điểm :

 Đơn giản, gọn nhẹ

 Dễ bảo trì sửa chữa

 Giá thành thấp

d Nh ượ c đi ể m :

 Góc nghiêng băng không thể lớn

 Băng mau hỏng do mỏi

 Làm việc ở vị trí cố định

• Ý tưởng 3 :

a Mơ hình :

b Mơ tả :

 Sử dụng nhiều con lăn nhằm tăng khả năng tải

 Các chân có thể điều chỉnh được độ cao

 Động cơ đặt ở giữa hệ thống

c Ưu điểm :

 Làm việc êm

 Công suất truyền lớn

 Làm việc được ở các độ cao khác nhau

d Nhược điểm :

 Băng mau hư

 Giá thành cao

 Kết cấu phức tạp

 Khó bảo trì sửa chữa

• Ý tưởng 4 :

a Mơ hình :

b Mơ tả :

 Hệ thống bố trí sao cho nơi tiếp liệu và tháo

liệu đặt nằm ngang

 Sử dụng đối trọng nhằm làm căng băng

c Ưu điểm :

 Việc tiếp liệu dễ dàng do nơi tiếp liệu băng

được đặt nằm ngang

 Sử dụng đai răng mặt trên có gờ nên vận

CHƯƠNG V: ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, CHỌN PHƯƠNG

ÁN THIẾT KẾ

Chọn ý tưởng I làm chuẩn

MA TRẬN QUYẾT ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG

Ýù tưởng

-Dễ bảo trì và sửa

Tổng điểm theo tỉ

Từ ma trận quyết định 1 ta quyết định chọn ý tưởng 2 và 3

Ta thực hiện cải tiến ý tưởng đã chọn

+Ý tưởng 2:

+Ý tưởng 3 : không thay đổi

Tiêu chuẩn Tỉ trọng 1 2

Ta chọn ý tưởng 1LỰA CHỌN HỘP GIẢM TỐC

Ý tưởng 1 :

Hộp giảm tớc hai cấp đồng trục sử dụng bộ truyền ngoài là đai

Ưu điểm:Tải trọng phân bố đều trên các trục, bánh răng bố trí đối xứng nên sự tập trung ưng xuất ít ,mômen xoắn tại các tiết diện nguy hiểm giảm

còn một nửa Kích thước chiều dài giảmtrọng lượng cũng giảm.Sử dụng

truyền xich nên không có hiện tượng trượt như truyền đai ,hiệu suất cao

Nhược điểm : Có bề rộng lớn ,cấu tạo các bộ phận phức tạp,số lượng chi tiết tăng.Khả năng tải cấp nhanh chưa dùng hết,có ổ đỡ bên trong vỏ

hộp,trục trung gian lớn.Mắt xích dễ bị mòn và ồn khi làm việc

Ý tưởng : 2

Hộp giảm tốc hai cấp sử bánh rămg côn trụ sử dụng truyền ngoài là đai

Ưu điểm: Truyền được momen xoắn vàchuyển động quay giữa các trục giao nhau.Sử dụng bộ truyền ngoài bằng đai nên làm việc êm hơn Với tỉ số truyền của hộp giảm tốc là 8 -15

Nhược điểm: Giá thành chế tạo đắt ,lắp ghép khó khăn,khối lượng và

kích thước lớn hơn so với việc sử dụng bánh răng trụ

Ý tưởng 3:

Hộp giảm tốc khai triển bộ truyền ngoài là đai

Ưu điểm: kết cấu đơn giản Xử dụng truyền đai nên có thểâ giữ động cơ xa hộp giảm tốc, làm việc êm không ồn ,có thể truyền với vận tốc lớn Kết cấu vận hành đơn giản Tỉ số truyền của hộp giảm tốc từ 8 -40

Nhược điểm: Tải trọng phân bố không đều trên trục.Kích thước bộ

truyền lớn,tỉ số truyền khi làm việc dễ bị thay đổi,tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn tuổi thọ thấp

Ý tưởng : 4

Hộp giảm tốc hai cấp phân đôi sử dụng bộ truyền ngoài là đai

Ưu điểm: Tải trọng phân bố đều trên các trục ,bánh răng bố trí đối xứng nên sự tập trung ứng suất ít ,mômen xoằn tại các tiết diễn nguy hiểm giảm

làm viện không ồn có thể truyền vận tốc lớn Nhược điểm: Có bề rộng hộp giảm tốc lớn,cấu tạo phức tạp,số lượng

chitiết tăng Dễ bị trượt do truyền động bằng đai nên tỉ số truyền thay

đổi,tuổi thọ thấp

Toång ñieåm theo tæ

PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ SẢN PHẨM

Bề rộng băng: 0,6 m

Khối lượng riêng của cát ẩm ρ = 1,5÷1,7 tấn /m3

Chọn ρ = 1500 kg /m3

Năng suất của băng tải là:

Q= 900.B2.v ρ.tgβ

Với: B là bề rộng băng

β là góc nghiêng băng : β = 200

• N1 : công suất cần thiết để khắc phục trở lực của nhánh có tải

N1 = 4.10-5.q1.v.L1

Chọn q1 theo bảng sau:

Chiều rộng băng

Chọn q2 theo bảng sau :

Chiều rộng băng

• N4 : công suất tiêu hao để tháo liệu bằng tấm gạt ở trên băng

N4 = 0 (không sử dụng tấm gạt để tháo liệu)

• N5 : công suất cần thiết để nâng vật liệu lên độ cao H

HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG TRỤ 2 CẤP

2.2.1.TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

Hiệu suất của bộ truyền là:

η= η2

kn.ηđ η2

br .η2 ol

η = 0,83

Pct = 9 , 82 ( )

83 ,

5 , 1 10 6 10

ph v D

π

nsb = ut nlv = 26.57,29 = 1489,54 (v/ph)

Tra bảng ta chọn động cơ DK62-4 có P = 10Kw, n = 1460 (v/ph)

Xác định lại tỉ số truyền ut

29 , 57

1460

ph v u

5 , 152

155 , 8

P

k ol

η η

P2 = 9 , 31 ( )

99 , 0 96 , 0

85 , 8

P

br ol

=

= η η

99 , 0 96 , 0

31 , 9

P

br ol

=

= η η

Dựa vào công suất động cơ và số vòng quay bánh đai nhỏ ta chọn đai loại B có:

6

584 180 14 , 3 10

6

.

4 4

Giá trị tính được và giá trị chọn ban đầu phù hợp

Khoảng cách trục:

0,55.(d1 +d2 )+h ≤ a≤ 2 (d1 +d2 )

7 ,

a =

4

) 8 ( λ + λ 2 − ∆ 2

2

) ( 1+ 2 =

−

λ

135 2

2

1− =

=

Thay vào ta được: a= 610,26mm

Góc ôm đai:

0 1

k P

1 0

1

α

Chọn: [P0] = 4,29Kw

kđ = 1

Cα = 0,92

Cl = 1

Cu = 1,135Chọn z = 4 – 5 đai⇒ Cz = 0,9Thay vào ta được:

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

Lực căng trên 1 đai được xác định theo công thức:

F0 = đ F v

z vC

k P

+ α

1

780

Fv : lực căng do lực li tâm gây ra

Fv = qm v2

qm : chọn theo bảng 4.22Đai loại B: qm = 0,178 kg/m

2.2.3.TÍNH TOÁN BÁNH RĂNG

1 Chọn vật liệu:

Chọn vậtliệu hai cấp bánh rănh như nhau:

Bánh nhỏ: thép 35CrM0 tôi cải thiện đạt độ rắn HRC 45 53 có

1 970

1

1 0

1 552

2

2 0

Cấp nhanh sử dụng cặp bánh răng nghiêng

Cấp chậm sử dụng cặp bánh răng nghiêng

[ δH] = ([ δH]1 + [ δH]2 )/2 = 691,82 (MPa) >1,25 [ δH]2

⇒ Chọn [ δH] = 1,25 [ δH]2 = 627,28 (MPa)

Ưùng suất uốn cho phép:

[ δF] =

F

FL F

s

K

.

0 lim

1 810

1

1 0

1 8 , 433

2

2 0

1

).

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K

a

ψ σ

β +

12 , 1 32 , 160093 ).

1 83 , 3 (

=

Theo tiêu chuẩn ta chọn aw = 160 mm

b Xác định các thông số ăn khớp:

mn = (0,01 ÷ 0,02) aw = 1,6 ÷ 3,2 (mm)

Chọn mn = 2 mm

Chọn sơ bộ β = 100

) 1 83 , 3 (

2

10 cos 160 2 ) 1 (

cos

+

= +

=

u m

a z

) 123 32 (

w

H H

M

H

d u b

u K T Z

) 1 ( 2

Theo bảng 6.5 ta chọn ZM =274 Mpa1/3

+ZH: là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

ZH = sin(2.cos2 )

tw

b

α β

βb : góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

tg(βb) = cos(αt ) tg(βb)

αtw = αt = arctg 0

0

0

59 , 20 36 , 14 cos

20 costg =arctg tg = β

α

⇒ ZH = 1 , 71

) 59 , 20 2 sin(

47 , 13 cos 2

, 3 2

36 , 14 sin 160 3 , 0 sin

2 1

+ KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

KH = KH β KH α KHv

KH β = 1,12

) / ( 018 , 2 10

6

584 66 14 , 3 10

160 2 1

2

mm u

a d

=

⇒ chọn cấp chính xác là 9

Tra bảng ta tìm được: KH α = 1,13; KF α = 1,37

u

a v

⇒ 1 , 01

2

1

1

1 = +

=

α β

υ

H H

w w H Hv

K K T

d b K

⇒ KH = 1,12.1,13.1,01 = 1,28

⇒σH = 575,67 (MPa) < [ δH] = 627,28 (MPa)

Vậy thõa điều kiện bền tiếp xúc

d Kiểm nghiệm về độ bền uốn

[ ]1 1

1 1

1

.

2

F w

w

F F

m d b

Y Y Y T

σ

699 , 1

1 1

0 0

32 cos 3 3 0

⇒ Chọn Zv1 = 35 răng ⇒ chọn YF1 = 3,75

+ KF : hệ số tải trọng khi tính về uốn

KF = KF KF α KFv

KF = 1,2; KF α = 1,37

u

a v

1

1

1 = +

=

α β

υ

F F

w w F Fv

K K T

d b K

.

2

1 1

1 1

w w

F F

m d b

Y Y Y T

σ

2 1

F

F F F

123 cos 3 3 0

6 , 3 12 ,

e Kiểm nghiệm về quá tải

Với động cơ đã chọn ta có: Kqt = 2,3

σHmax = σH K qt = 575 , 67 2 , 3 = 873 , 05 <[ ]σH mzx

σFmax1 = σF1.Kqt =166,12.2,3 = 382,076 < [σF1]max

σFmax2 = σF2.Kqt =159,48.2,3 = 366,79 < [σF2]max

Các thông số cơ bản của bộ truyền cấp nhanh

Đường kính vòng đáy df1=61mm df1=248,4mm

5 Tính toán cấp chậm

a Tính sơ bộ đường kính trục:

[ ]

3 22

).

1 (

ba H

H a

w

u

K T u

K

a

ψ σ

β +

047 , 1 6 , 583019 ).

1 61 , 2 (

=

Theo tiêu chuẩn ta chọn aw = 200 mm

b Xác định các thông số ăn khớp:

mn = (0,01 ÷ 0,02) aw = 2 ÷ 4(mm)

Chọn mn = 2,5 mm

Chọn sơ bộ β = 100

) 1 61 , 2 5 , 2

10 cos 200 2 ) 1 (

cos

+

= +

=

u m

a z

) 112 43 (

5 , 2

w

H H

M

H

d u b

u K T Z

) 1 ( 2

Theo bảng 6.5 ta chọn ZM =274 Mpa1/3

+ZH: là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

ZH = sin(2.cos2 )

tw

b

α β

βb : góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở

20 costg =arctg tg = β

α

⇒ ZH = 1 , 71

) 59 , 20 2 sin(

47 , 13 cos 2

, 3 5 , 2

36 , 14 sin 200 4 , 0 sin

72 , 1 cos 1 1 2 , 3 88 , 1

2 1

−

z z

+ KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

KH = KH β KH α KHv

KH β = 1,047

) / ( 89 , 0 10

6

5 , 152 1 , 111 14 , 3 10

200 2 1

2

mm u

a d

1

2

3 = +

=

α β

υ

H H

w w H Hv

K K T

d b K

⇒ KH = 1,007.1,047.1,01 = 1,19

⇒σH = 496,7(MPa) < [ δH] = 627,28 (MPa)

Vậy thõa điều kiện bền tiếp xúc

d Kiểm nghiệm về độ bền uốn

[ ]1 1

1 1

1

.

2

F w

w

F F

m d b

Y Y Y T

σ

72 , 1

1 1

+ 0 , 89

140

36 , 14 1 140

1

0 0

43 cos 3 3 0

⇒ Chọn Zv1 = 48 răng ⇒ chọn YF1 = 3,66

+ KF : hệ số tải trọng khi tính về uốn

KF = KF KF α KFv

KF = 1,114; KF α = 1,37

u

a v

1

2

3 = +

=

α β

υ

F F

w w F Fv

K K T

d b K

.

.

2

1 1

1 1

w w

F F

m d b

Y Y Y T

σ

1

2 1

112 cos 3 3 0

6 , 3

e Kiểm nghiệm về quá tải

Với động cơ đã chọn ta có: Kqt = 2,3

σHmax = σH K qt = 496 , 7 2 , 3 = 753 , 28 <[ ]σH mzx

σFmax1 = σF1.Kqt = 177,47.2,3 = 408,81 < [σF1]max

σFmax2 = σF2.Kqt = 145,56.2,3 = 401,49 < [σF2]max

Vậy thõa điều kiện bền tiếp xúc và điều kiện bền uốn

Các thông số cơ bản của bộ truyền cấp chậm

Đường kính vòng đáy df3=104,85m

 Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu

Điều kiện bôi trơn của hộp giảm tốc là:

1 Mức dầu thấp nhất ngập (0,7 ÷2) chiều cao răng (h2=2,25m) của bánh răng 2, nhưng ít nhất là 10mm

2 Khoảng cách giữa mức dấu thấp nhất và cao nhất là:

32 , 160093 2